工民建结构设计的优化分析

张 锦 容海川城乡规划设计有限公司

1 引言

工民建建筑设计的过程中，设计人员应全面考量住户的需要，认真完成设计工作。在优化建筑结构设计的过程中，设计人员需统筹住户对住房舒适、安全、功能和审美的要求，以期全面提升结构设计水平。

2 建筑结构设计优化方法概述

建筑结构设计优化，主要是应用更加科学的设计思想，选择不同的设计方式落实工民建建筑设计方案，确保建筑物呈现最为理想的设计效果。建筑结构设计优化主要由整体优化和内部细节优化构成，一项建筑工程由多个部分组成，经建筑设计人员优化设计后，建筑整体优化决定了建筑的层次和品质。整体设计优化的过程中，设计人员要结合建筑自身的主要特征，根据周边的环境来调整建筑优化设计方案，增强建筑物与周围环境的协调性。整体优化设计后，建筑物的审美价值显著提高，可以营造更加协调与和谐的视觉效果。此外，设计人员应始终坚持精益求精的理念，以创新的视角和长期可持续发展的理念，思考和解读问题，从而真正实现优化设计，使建筑与社会发展和环境建设相适应，增强建筑结构的稳定性，发挥出工民建建筑的功能。

3 建筑结构设计优化的原则

3.1 功能性原则

在建筑结构设计中，高效发挥建筑的功能尤为关键。建筑的使用及建筑完工后所产生的经济效益全面展现了建筑的功能性。而优化建筑结构设计能够确保建筑结构的合理应用。如在银行建筑的结构设计中，需深度考量结构的安全性和稳定性，保证安全通道功能完善。同时，设计人员还要重视结构的承载力。银行建筑的要求特殊性较强，建筑材料需具备较大的承载力和强度，以增大结构安全系数。

3.2 安全性原则

建筑结构设计时，每个环节都会对结构设计的安全性产生影响，结构设计中要与工程施工有机结合，若设计方案无法应用于工程实践，则设计方案也无法体现其作用与价值，进而消耗大量的资金和资源，降低工程的经济效益。

3.3 绿色环保原则

现如今，人们的生活品质明显改善，绿色环保型建筑材料也得到了广泛应用。在建筑结构设计中，合理应用环保材料有利于提高建筑工程的品质，减轻环境污染，降低资源消耗，而且也可保障住户的居住安全，最大限度地规避二次污染。

4 建筑结构设计中结构域优化设计流程

4.1 创建结构优化模型

所谓建筑结构优化模型，主要是选取关键参数，并以此为基础建立函数模型，最终得出最优解。建立模型时，先要合理选择设计变量，其不仅关系到结构设计优化模型的建立，还影响着所选的参数。科学选择参数变量可适度减少计算,使得设计更接近实际受力情况，以增加结构可靠性。再者，要明确满足目标函数要求的最优解，之后确定约束条件（尺寸、强度、应力和弹塑性等）。建筑结构设计优化中，务必合理确定约束条件，使其高度满足工程设计的基本要求。

4.2 编制优化设计方案

结构优化设计中，约束条件和变量参数均为结构优化的重要影响因素。因此，在优化设计中需全面考量变量因素，根据实际选择计算方法完成结构优化。在参数计算的过程中，根据计算结果，采取措施合理调整结构方案实现优化设计目标，促进优化设计的有效开展。

4.3 结果分析

结构优化设计中，结果分析尤为关键，认真分析计算结果并依据数据信息，制定完善的优化设计方案。结构优化设计时，需考量存在的不利因素，从而改进结构优化设计质量。工程的实施会消耗大量的资金和资源，而降低资金和资源消耗量是工程结构优化设计的主要目的，与此同时，还需注重结构的稳定性和安全性，以期为业主提供更加优质的居住空间。为此，设计人员应采取有效措施平衡经济和技术元素，解决经济与技术之间的矛盾。在优化技术的同时，减少资金消耗，正确解读应用先进技术所带来的经济效益。

5 建筑结构优化设计的应用分析

5.1 整体及结构优化

建筑结构优化设计中，整体优化主要由工民建建筑设计体系、结构体系和安全体系的优化组成。结构优化主要是实现分系统和子系统的优化设计，以期充分满足业主的个性化需求。另外，建筑结构设计中采用多种的构件及材料，设计人员还需要做好结构选型工作。若要更加有效地应用设计方案，就必须立足整体，统筹整体和局部优化设计。

5.2 寿命及分段优化

采用建筑结构优化设计可延长建筑的使用寿命，增大建筑的经济效益。建筑结构设计的时效性较强，建筑物的结构形式、材料结构和技术应用也随着时间的推移发生了较大的变化，且不同的阶段对建筑结构优化的需求也有所不同。所以，在结构优化设计中应注重分段优化，以期高度满足不同阶段的结构优化需求。

5.3 上部结构优化

对于高层来说，上部结构优化通常是指优化剪力墙设置。工作人员要科学设置剪力墙，保证剪力墙的重心与楼层平面刚度中心处于同一位置。如受到地震、大风等外力因素的影响，其可发挥减弱和保护的作用。若条件允许，可使用大开间剪力墙，延长墙肢的长度，这样一方面可满足结构设计的要求，另一方面也可减少墙肢的数量，降低了混凝土的使用量。又由于大开间布置会使得建筑的抗震性能降低，所以在抗震性能要求十分严格的部分，必须谨慎使用大开间剪力墙结构。

5.4 结构与建筑协调优化

应用建筑结构优化设计方案时，结构和建筑平面应当保持高度协调的关系。如在墙、柱设计的过程中，设计人员不仅要充分保障建筑平面使用的功能，而且要与建筑设计的开间和进深统一，避免发生墙柱错位问题。设计人员需采取简单的布置形式，不同楼层的墙柱高度和截面积要保持精准协调的关系。电梯和楼梯设计阶段，工作人员需在转角区域使用高强度承重构件，上述区域应力相对集中，所以，射击人员可采取相应的减轻自重措施，针对不具备承重功能的构件，可选择轻型材料代替。

5.5 分解优化步骤

建筑结构设计模型中需要考虑多个参数和约束条件。模型优化设计中，如果模型整体无法满足最优解的基本要求。对此，应结合实际采取分步优化的模式。设计人员先要将模型分解为不同的问题，对其采取多种针对性优化措施，进而获得更为准确的子问题，稳定最优解，随后就子问题开展循环优化调整，以此获得结构模型的最优解。

5.6 优化设计建筑地基结构

在结构设计中，尤其是高层建筑，地基直接影响了建筑整体的安全性和稳定性，因此要充分结合建筑结构周边的地质、地形和建筑及管道布置概况，完成地基结构设计。这样以实地勘察为基础不断优化和完善设计方案，一方面加强结构的安全性和稳定性，另一方面也要优化建筑物的整体性能，以减少施工量，降低工程成本。

5.7 其他优化设计

在结构设计优化中，一方面要优化模型、参数、约束条件方案和技术，另一方面也应在实际应用的过程中，结合施工流程设计。以合理指导施工，使施工的有序进行，彻底优化工程建设的综合水平。

6 结语

总之，设计人员在工程结构设计优化的过程中，必须结合实际不断优化和调整施工设计方案，注重工民建工程建设的合理性，以期实现理想的工程建设效果，促进建筑行业的稳定发展，最终增大建筑工程企业的经济效益，推动企业的可持续前行。